Перейти до вмісту
Наукові вісті КПІ
ISSN 2617-5509 · e‑ISSN 2663-7472 Відкритий доступ · CC BY 4.0
Т. 135 · № 1-2 · 2022 чер 1, 2020 статті

АВТОМАТИЗОВАНИЙ РОЗРАХУНОК ПАНКРАТИЧНОГО ПРИЦІЛУ З РОЗШИРЕНИМИ ПАРАМЕТРАМИ

VS
Vyacheslav Sokurenko Відповідальний Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», приладобудівний факультет, кафедра комп’ютерно-інтегрованих оптичних та навігаційних систем, Ukraine Україна
OS
Oleg Sokurenko ВСП «Оптико-механічний фаховий коледж Київського національного університету імені Тараса Шевченка», Ukraine Україна
Опублікованочер 1, 2020
PDF
НВКПІ 1-2 ТОМ 135 · 1-2
ТОМ 135 · № 1-2 · 2022 Переглянути випуск

Анотація

Проблематика. Проектування довільної афокальної панкратичної оптичної системи є складною і багатовимірною задачею, яка не може бути розв’язана аналітичним способом та вимагає значного досвіду та зусиль конструктора. Мета дослідження. Подати та перевірити за допомогою моделювання метод автоматизованого проектування багатолінзових афокальних оптичних систем зі змінними параметрами та характеристиками. Методика реалізації. Використання розробленого спеціалізованого програмного забезпечення з реалізованою модифікацією адаптивного диференціального еволюційного алгоритму Коші для параметричного синтезу багатокомпонентних панкратичних прицілів з розширеними функціональними параметрами. Результати дослідження. Розроблена оптична система забезпечує 5-кратний перепад збільшень та кутове поле зору в параметрах простору від 3,26° до 0,83°. Вона має прицільну сітку, розміщену в першій фокальній площині, діаметр вхідної зіниці 60 мм, видалення вихідної зіниці в діапазоні від 106 до 111 мм та максимальну довжину системи – 390 мм. Приціл містить 13 лінз у 10 компонентах. Проведене моделювання показало, що інтервал часу, необхідний для проведення безпосереднього автоматизованого розрахунку оптичної системи прицілу, становить близько 30–40 годин при загальних пошукових параметрах (змінних) 91. Середньоквадратичні значення кутових аберацій осьових пучків у всіх (п’ятих) станах синтезованої панкратичної системи не перевищують 1,25 кутової хвилини у всьому спектральному діапазоні. Алгоритм дозволяє визначити конструктивні параметри оптичних систем з урахуванням технічних вимог і обмежень, заданих конструктором. Висновки. Комп’ютерне моделювання, проведене на прикладі розробки панкратичного прицілу з видимим збільшенням 5-25×, діаметром вхідної зіниці 60 мм та сіткою в передній фокальній площині, підтвердило ефективність запропонованого способу до автоматизованого розрахунку складних оптичних систем зі змінними параметрами. Отримані результати підтверджують високу якість зображення згенерованого 13-лінзового прицілу з віддаленою вихідною зіницею. Реалізовану модифікацію адаптивного методу диференційної еволюції Коші можна вважатися потужним інструментом, який дозволяє здійснювати автоматизований параметричний синтез багатокомпонентних оптичних систем панкратичних прицілів з урахуванням вимог, заданих конструктором. Наступні дослідження доцільно направити на перевірку здійсненності автоматизованого розрахунку інших прицілів, які мають більшу кількість лінз та забезпечують екстремальні характеристики

Ключові слова

#автоматизований розрахунок #панкратичний приціл #оптична система #параметричний синтез #глобальна оптимізація #аберація

Посилання

  1. W. J. Smith, Modern Lens Design, 2nd Edition. McGraw Hill Professional. 2004. - 631 p.
  2. M. Laikin. Lens Design, 4th Edition. CRC Press. 2018. - 512 p.
  3. A. Mann. Infrared optics and zoom lenses. Bellingham, Wash: SPIE Press. 2009. - 164 p.
  4. J. L. Bentley, C. Olson. Field Guide to Lens Design. SPIE, 2012 - 140 p.
  5. S. C. Park and R. R. Shannon, “Zoom lens design using lens modules,” Opt. Eng. 35(6), 1668–1676 (1996). DOI: 10.1117/1.600742.
  6. S. C. Park and S. H. Lee, “Zoom lens design for a 10x slim camera using successive procedures,” J. Opt. Soc. Korea 17(6), 518–524 (2013). DOI: 10.3807/JOSK.2013.17.6.518.
  7. K. Tanaka, “Paraxial analysis of mechanically compensated zoom lenses. 1: Four-component type,” Appl. Opt. 21(12), 2174–2183 (1982). DOI: 10.1364/AO.21.002174.
  8. K. Tanaka, “Paraxial analysis of mechanically compensated zoom lenses. 2: Generalization of Yamaji type V,” Appl. Opt. 21(22), 4045–4053 (1982). DOI: 10.1364/AO.21.004045.
  9. K. Tanaka, “Paraxial analysis of mechanically compensated zoom lenses. 3: Five-component type,” Appl. Opt. 22(4), 541–553 (1983). DOI: 10.1364/AO.22.000541.
  10. Q. Hao, X. Cheng, and K. Du, “Four-group stabilized zoom lens design of two focal-length-variable elements,” Opt. Express 21(6), 7758–7767 (2013). DOI: 10.1364/OE.21.007758.
  11. A. Mikš and P. Novák, “Paraxial design of four-component zoom lens with fixed position of optical center composed of members with variable focal length,” Opt. Express 26(20), 25611–25616 (2018). DOI: 10.1364/OE.26.025611.
  12. A. Mikš and P. Novák, “Paraxial design of a four-component zoom lens with zero separation of principal planes and fixed position of an image focal point composed of members with constant focal length,” Appl. Opt. 58(15), 3957–3961 (2019). DOI: 10.1364/AO.58.003957.
  13. Jinkai Zhang, Xiaobo Chen, Juntong Xi, and Zhuoqi Wu, “Paraxial analysis of double-sided telecentric zoom lenses with three components,” Appl. Opt. 53, 4957-4967 (2014). DOI: 10.1364/AO.53.004957.
  14. Eiben A., Smith J. Introduction to Evolutionary Computing; Springer-Verlag: Berlin, 2003. 300 p.
  15. Haupt R., Haupt S. Practical Genetic Algorithms. Wiley-Interscience; 2nd edition, 2004. 272 p.
  16. Handbook of Optical Systems: Vol. 3. Aberration Theory and Correction of Optical Systems. / H. Gross, H. Zugge, M. Peschka, F. Blechinger; Edited by Herbert Gross. – WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2007. – ISBN 978-3527403790.
  17. V. M. Sokurenko, V. S. Nedilyuk, “Numeric study of stochastic methods for continuous global optimization,” Research Bulletin of the National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", 2012, #1, pp. 81-88 (in Ukrainian).
  18. D. Dilworth. Lens Design: Automatic and Quasi-autonomous Computational Methods and Techniques. Institute of Physics Publishing, 2018 - 400 p.
  19. K. Höschel, V. Lakshminarayanan, "Genetic algorithms for lens design: a review", Journal of Optics 48(1), pg. 134, (2018); DOI:10.1007/s12596-018-0497-3.
  20. C. Gagné, J. Beaulieu, M. Parizeau, et al., "Human-competitive lens system design with evolution strategies", Applied Soft Computing 8(4), pg. 1439, (2008); DOI: 10.1016/j.asoc.2007.10.018
  21. S. D. Campbell, D. Sell, R. P. Jenkins, et al., "Review of numerical optimization techniques for meta-device design [Invited]", Optical Materials Express 9(4), pg. 1842, (2019); DOI:10.1364/ome.9.001842.
  22. T. Yang, G. F. Jin, and J. Zhu, “Automated design of freeform imaging systems,” Light: Science and Applications, Vol. 6(10), e17081 (2017). DOI: 10.1038/lsa.2017.81.
  23. B. F. C. Albuquerque, F. L. Sousa, and A. S. Montes, “Multi-objective approach for the automatic design of optical systems,” Opt. Express 24(6), 6619–6643 (2016). DOI: 10.1364/OE.24.006619.
  24. X. Chen and K. Yamamoto, “An experiment in genetic optimization in lens design,” J. Mod. Opt. 44(9), 1693–1702 (1997). DOI: 10.1080/09500349708230769.
  25. S. Pal and L. Hazra, “Structural design of mechanically compensated zoom lenses by evolutionary programming,” Opt. Eng. 51(6), 063001 (2012). DOI: 10.1117/1.OE.51.6.063001.
  26. S. Pal and L. Hazra, “Ab initio synthesis of linearly compensated zoom lenses by evolutionary programming,” Appl. Opt. 50(10), 1434–1441 (2011). DOI: 10.1364/AO.50.001434.
  27. Z. Y. Tang, M. Sonntag, and H. Gross, “Ant colony optimization in lens design,” Appl. Opt. 58(23), 6357–6364 (2019). DOI: 10.1364/AO.58.006357.
  28. Xiao Yu, Hanyu Wang, Yuan Yao, Songnian Tan, Yongsen Xu, and Yalin Ding, “Automatic design of a mid-wavelength infrared dual-conjugate zoom system based on particle swarm optimization," Opt. Express 29, 14868-14882 (2021) DOI: 10.1364/OE.418584.
  29. Chengxiang Fan, Bo Yang, Yunpeng Liu, Pengxiang Gu, Xingqi Wang, and Hui Zong, “Zoom lens with high zoom ratio design based on Gaussian bracket and particle swarm optimization," Appl. Opt. 60, 3217-3223 (2021). DOI: 10.1364/AO.418970.
  30. Sun-Hyung Jo and Sung-Chan Park, “Design and analysis of an 8x four-group zoom system using focus tunable lenses," Opt. Express 26, 13370-13382 (2018). DOI: 10.1364/OE.26.013370.
  31. H. Qin, “Aberration correction of a single aspheric lens with particle swarm algorithm,” Opt. Commun. 285(13-14), 2996–3000 (2012). DOI: 10.1016/j.optcom.2012.02.083.
  32. D. B. Guo, L. Yin, and G. Yuan, “New automatic optical design method based on combination of particle swarm optimization and least squares,” Opt. Express 27(12), pp. 17027–17040 (2019). DOI: 10.1364/OE.27.017027.
  33. P. Zhou, X. R. Ma, S. Zhang, Z. G. Liu, Z. Y. Meng, Z. J. Xiang, X. Y. Wang, T. X. Sun, X. Y. Lin, and Y. D. Li, “Application of particle swarm optimization in the design of a mono-capillary X-ray lens,” Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A 953, 163077 (2020). DOI: 10.1016/j.nima.2019.163077.
  34. Z. C. Fan, S. L. Wei, Z. B. Zhu, Y. Mo, Y. Yan, and D. Ma, “Automatically retrieving an initial design of a double-sided telecentric zoom lens based on a particle swarm optimization,” Appl. Opt. 58(27), pp. 7379–7386 (2019). DOI: 10.1364/AO.58.007379.
  35. Z. C. Fan, S. L. Wei, Z. B. Zhu, Y. M. Yan, Y. Mo, L. S. Yan, and D. L. Ma, “Globally optimal first-order design of zoom systems with fixed foci as well as high zoom ratio,” Opt. Express 27(26), pp. 38180–38190 (2019). DOI: 10.1364/OE.381116
  36. T. J. Choi, C. W. Ahn, J. An, “An adaptive Cauchy differential evolution algorithm for global numerical optimization,” The Scientific World Journal. – 2013. – Vol. 2013. – Article ID 969734, 12 pages. – DOI: 10.1155/2013/969734.
  37. T. J. Choi, C. W. Ahn, “An adaptive Cauchy differential evolution algorithm with bias strategy adaptation mechanism for global numerical optimization,” Journal of Computers, 2014, Vol. 9, No 9, pp. 2139-2145. DOI: 10.4304/cp.9.9.2139-2145.
  38. V. M. Sokurenko, Y. I. Makarenko, “Development of optical systems by global optimization methods,” Bulletin of Kyiv Polytechnic Institute. Series Instrument Making, 2015, #50(2), pp. 51-60 (in Ukrainian).
  39. V. M. Sokurenko, I. S. Builov, “Application of the adaptive Cauchy differential evolution method for designing lenses,” Bulletin of Kyiv Polytechnic Institute. Series Instrument Making, 2016, #51(1), pp. 41-47 (in Ukrainian).
  40. V. M. Sokurenko, O. E. Stikha, “Development of distortion corrected lenses,” Visnyk of Vinnytsia Polytechnical Institute, 2017, #1, pp. 99-105 (in Ukrainian).
  41. V. M. Sokurenko, D. P. Bondarchuk, “Automated parametric synthesis of a lens with reduced distortion,” Bulletin of Kyiv Polytechnic Institute. Series Instrument Making, 2018, #56(2), pp. 18-24 (in Ukrainian).
  42. V. M. Sokurenko, O. V. Trostyanska, “Synthesis of an eyepiece optical system for a high-resolution microdisplay,” Bulletin of Khmelnytsky National University: Technical Sciences, 2019, #6 (279), pp. 206-210 (in Ukrainian). DOI: 10.31891/2307-5732-2019-279-6-206-210.
  43. V. M. Sokurenko, I. O. Smazhko, “Automated design of an optical system of the SWIR lens,” Bulletin of Khmelnytsky National University: Technical Sciences, 2019, #6 (279), pp. 202-205 (in Ukrainian). DOI: 10.31891/2307-5732-2019-279-6-202-205.
  44. V. M. Sokurenko, M. M. Vakulenko, “Automated design of eyepieces with diffractive optical elements,” Herald of Khmelnytsky National University: Technical Sciences, 2018, #1 (257), pp. 107-112 (in Ukrainian).
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

ДВОЕТАПНИЙ ПІДХІД ДО СЕГМЕНТАЦІЇ СУПУТНИКОВИХ ЗНІМКІВ ДЛЯ ОЦІНЮВАННЯ ПЛОЩІ АСФАЛЬТОВАНОГО ПОКРИТТЯ ПАРКОВОК

Олександр Гончарук, Надія Недашківська

Проблематика. Точна оцінка площі асфальтованих парковок є важливою для містобудування та екологічного моніторингу. Однак спектральна подібність асфальту паркувальних…

#семантична сегментація #супутникові знімки #паркінг #нейронна мережа
10.20535/kpisn.2026.3.367540

ФОРМАЛІЗАЦІЯ РОЗРІДЖЕНОГО ANP З БІНАРНИМИ ПОРІВНЯННЯМИ НА ОСНОВІ ДАНИХ У КОЛІ ОДНОРІДНИХ КОМПОНЕНТІВ ДЛЯ ПРІОРИТИЗАЦІЇ РОЗПОДІЛУ РЕСУРСІВ

Вадим Романюк

Проблематика. Задачі розподілу обмежених ресурсів між взаємозалежними однорідними об’єктами виникають у багатьох прикладних сферах — зокрема, під час конкурсного…

#розподіл ресурсів #однорідні компоненти #взаємозалежності #аналітичний мережевий процес
10.20535/kpisn.2026.3.368158

РОЗРОБКА МЕТОДУ ФОРМАЛІЗАЦІЇ ДИНАМІЧНИХ ТЕПЛОВИХ ПОРТРЕТІВ ДЛЯ НАДІЙНОГО ВИЯВЛЕННЯ ЦІЛЕЙ

Степан Лис, Оксана Оборська

Проблематика. Автоматизовані системи спостереження з БпЛА стикаються з подвійним викликом: виявленням теплоконтрастних об'єктів у реальному часі та їх ідентифікацією в…

#тепловізійні системи #ідентифікація цілей #локалізація зони інтересу #динамічний тепловий портрет
10.20535/kpisn.2026.3.359114

Схожі статті

1-10 з 54

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.